EP4394397B1 - Ringförmiger magnetkernarray-multiring-magnetosensitiver stromsensor und strommessverfahren - Google Patents

Ringförmiger magnetkernarray-multiring-magnetosensitiver stromsensor und strommessverfahren

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EP4394397B1
EP4394397B1 EP22888935.8A EP22888935A EP4394397B1 EP 4394397 B1 EP4394397 B1 EP 4394397B1 EP 22888935 A EP22888935 A EP 22888935A EP 4394397 B1 EP4394397 B1 EP 4394397B1
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Min LEI
Xiaodong YIN
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He Li
Li Yao
Dengyun LI
Chunguang LU
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Zili XU
Wei Liu
Kai Zhu
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Claims (11)

  1. Magnetosensitiver Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensor, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine erste Ringstruktur (101), eine zweite Ringstruktur (102) und eine digitale Verarbeitungseinheit (103) umfasst,
    wobei die erste Ringstruktur (101) auf einen leitenden Draht aufgeschoben ist und mit der digitalen Verarbeitungseinheit (103) verbunden ist, und die erste Ringstruktur (101) konfiguriert ist, um ein Rückkopplungsstromsignal zu erfassen, das durch ein erstes Magnetfeldsignal erzeugt wird, das entsprechend einem Strom auf dem leitenden Draht in einem Eisenkern der ersten Ringstruktur (101) erzeugt wird, und das Rückkopplungsstromsignal an die digitale Verarbeitungseinheit (103) auszugeben,
    wobei die zweite Ringstruktur (102) auf den leitenden Draht aufgeschoben ist und mit der digitalen Verarbeitungseinheit (103) verbunden ist, und die zweite Ringstruktur (102) konfiguriert ist, um ein zweites Magnetfeldsignal zu messen, das durch einen Strom auf dem leitenden Draht in einer Spule der zweiten Ringstruktur (102) erzeugt wird, und das zweite Magnetfeldsignal an die digitale Verarbeitungseinheit (103) auszugeben, und
    wobei die digitale Verarbeitungseinheit (103) konfiguriert ist, um eine charakteristische Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, gemäß dem Rückkopplungsstromsignal und dem zweiten Magnetfeldsignal zu bestimmen, und den Strom auf dem leitenden Draht gemäß der charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, zu bestimmen,
    wobei die erste Ringstruktur (101) den Eisenkern, eine Rückkopplungsstrom-Erfassungsschaltung und eine Kompensationswicklung umfasst,
    wobei der Eisenkern ein offener Eisenkern ist, der mit zwei symmetrischen Luftspalten bereitgestellt wird, wobei ein erster Erfassungschip für magnetischen Tunnelwiderstand (TMR-Erfassungschip) an jedem der zwei Luftspalte bereitgestellt wird und konfiguriert ist, um das erste Magnetfeldsignal zu messen,
    wobei die Rückkopplungsstrom-Erfassungsschaltung konfiguriert ist, um die ersten Magnetfeldsignale, die von den zwei ersten TMR-Erfassungschips gemessen werden, zu mitteln, um ein gemitteltes erstes Magnetfeldsignal zu erfassen, das Rückkopplungsstromsignal basierend auf dem gemittelten ersten Magnetfeldsignal zu erzeugen und das Rückkopplungsstromsignal an die Kompensationswicklung und die digitale Verarbeitungseinheit (103) auszugeben,
    wobei die Kompensationswicklung gleichmäßig um den Eisenkern gewickelt ist und konfiguriert ist, um ein kompensierendes Magnetfeld entsprechend dem Rückkopplungsstromsignal zu erzeugen, das kompensierende Magnetfeld und das erste Magnetfeldsignal zu überlagern, um ein überlagertes erstes Magnetfeldsignal zu erfassen, und den magnetosensitiven Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensor basierend auf dem überlagerten ersten Magnetfeldsignal in einem Null-Magnetfluss-Zustand zu halten.
  2. Magnetosensitiver Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensor nach Anspruch 1, wobei die zweite Ringstruktur (102) vier zweite Erfassungschips für magnetischen Tunnelwiderstand (TMR-Erfassungschips) umfasst, die parallel geschaltet und symmetrisch in regelmäßigen Abständen in einem ringförmigen hohlen Gehäuse bereitgestellt sind, wobei die zweiten TMR-Erfassungschips konfiguriert sind, um das zweite Magnetfeldsignal zu erfassen.
  3. Magnetosensitiver Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensor nach Anspruch 2, wobei eine doppelschichtige Metallabschirmschicht an einer Außenseite des ringförmigen hohlen Gehäuses bereitgestellt ist.
  4. Magnetosensitiver Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die digitale Verarbeitungseinheit (103) ein Analog-Digital-Wandlermodul, ein digitales Verarbeitungsmodul und ein Digital-Analog-Wandlermodul umfasst,
    wobei das Analog-Digital-Wandlermodul mit dem digitalen Verarbeitungsmodul verbunden ist und konfiguriert ist, um eine Analog-DigitalWandlung an dem Rückkopplungsstromsignal und dem zweiten Magnetfeldsignal durchzuführen, um ein digitales Rückkopplungsstromsignal und ein digitales zweites Magnetfeldsignal zu erfassen,
    wobei das digitale Verarbeitungsmodul mit dem Digital-Analog-Wandlermodul verbunden ist und konfiguriert ist, um eine charakteristische Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, gemäß dem digitalen Rückkopplungsstromsignal und dem digitalen zweiten Magnetfeldsignal zu berechnen,
    wobei das Digital-Analog-Wandlermodul konfiguriert ist, eine Digital-Analog-Wandlung an der charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, durchzuführen, um eine analoge charakteristische Größe zu erfassen, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, und den Strom auf dem leitenden Draht gemäß der analogen charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, zu bestimmen.
  5. Magnetosensitiver Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensor nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Stromversorgungseinheit,
    wobei die Stromversorgungseinheit konfiguriert ist, um Strom an die ersten TMR-Erfassungschips und die zweiten TMR-Erfassungschips zu liefern.
  6. Verfahren zum Messen eines Stroms, angewendet auf einen magnetosensitiven Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensor, der eine erste Ringstruktur, eine zweite Ringstruktur und eine digitale Verarbeitungseinheit umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst:
    Erfassen, durch die erste Ringstruktur, eines Rückkopplungsstromsignals, das durch ein erstes Magnetfeldsignal erzeugt wird, das entsprechend einem Strom auf einem leitenden Draht in einem Eisenkern der ersten Ringstruktur erzeugt wird, und Ausgeben, durch die erste Ringstruktur, des Rückkopplungsstromsignals an die digitale Verarbeitungseinheit (401);
    Messen, durch die zweite Ringstruktur, eines zweiten Magnetfeldsignals, das durch einen Strom auf dem leitenden Draht in einer Spule der zweiten Ringstruktur erzeugt wird, und Ausgeben, durch die zweite Ringstruktur, des zweiten Magnetfeldsignals an die digitale Verarbeitungseinheit (402); und
    Bestimmen, durch die digitale Verarbeitungseinheit, einer charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, gemäß dem Rückkopplungsstromsignal und dem zweiten Magnetfeldsignal, und Bestimmen des Stroms auf dem leitenden Draht gemäß der charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht (403) charakterisiert,
    wobei die erste Ringstruktur eine Kompensationswicklung und eine Rückkopplungsstrom-Erfassungsschaltung umfasst, und die Kompensationswicklung um einen Eisenkern gewickelt ist, wobei das Verfahren ferner umfasst:
    Ausgeben, durch die Rückkopplungsstrom-Erfassungsschaltung, des Rückkopplungsstromsignals an die Kompensationswicklung und die digitale Verarbeitungseinheit; und
    Erzeugen, durch die Kompensationswicklung, eines kompensierenden Magnetfelds entsprechend dem Rückkopplungsstromsignal, Überlagern des kompensierenden Magnetfelds und des ersten Magnetfeldsignals zum Erfassen eines überlagerten ersten Magnetfeldsignals, und Halten des magnetosensitiven Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensors in einem Null-Magnetfluss-Zustand basierend auf dem überlagerten ersten Magnetfeldsignal,
    wobei die erste Ringstruktur ferner den Eisenkern umfasst, wobei der Eisenkern ein offener Eisenkern ist, der mit zwei symmetrischen Luftspalten versehen ist, und ein erster Erfassungschip für magnetischen Tunnelwiderstand (TMR-Erfassungschip) an jedem der zwei Luftspalte bereitgestellt wird,
    wobei das Erfassen, durch die erste Ringstruktur, des Rückkopplungsstromsignals, das durch das erste Magnetfeldsignal erzeugt wird, das entsprechend dem Strom auf dem leitenden Draht (401) produziert wird, umfasst:
    Messen, durch jeden der ersten TMR-Erfassungschips, des ersten Magnetfeldsignals; und
    Mitteln, durch die Rückkopplungsstrom-Erfassungsschaltung, der ersten Magnetfeldsignale, die von den zwei ersten TMR-Erfassungschips gemessen werden, um ein gemitteltes erstes Magnetfeldsignal zu erfassen, und Erzeugen des Rückkopplungsstromsignals basierend auf dem gemittelten ersten Magnetfeldsignal.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zweite Ringstruktur vier zweite Erfassungschips für magnetischen Tunnelwiderstand (TMR-Erfassungschips) umfasst,
    wobei das Messen, durch die zweite Ringstruktur, des zweiten Magnetfeldsignals, das durch den Strom auf dem leitenden Draht in der Spule der zweiten Ringstruktur (402) erzeugt wird, umfasst:
    Erfassen, durch die vier zweiten TMR-Erfassungschips, des zweiten Magnetfeldsignals, wobei die vier zweiten TMR-Erfassungschips parallel geschaltet und symmetrisch in regelmäßigen Abständen in einem ringförmigen hohlen Gehäuse bereitgestellt sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine doppelschichtige Metallabschirmschicht an einer Außenseite des ringförmigen hohlen Gehäuses bereitgestellt ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die digitale Verarbeitungseinheit ein Analog-Digital-Wandlermodul, ein digitales Verarbeitungsmodul und ein Digital-Analog-Wandlermodul umfasst,
    wobei das Bestimmen, durch die digitale Verarbeitungseinheit, der charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, gemäß dem Rückkopplungsstromsignal und dem zweiten Magnetfeldsignal (403) umfasst:
    Durchführen, durch das Analog-Digital-Wandlermodul, einer Analog-Digital-Wandlung an dem Rückkopplungsstromsignal und dem zweiten Magnetfeldsignal, um ein digitales Rückkopplungsstromsignal und ein digitales zweites Magnetfeldsignal zu erfassen; und
    Berechnen einer charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, durch das digitale Verarbeitungsmodul gemäß dem digitalen Rückkopplungsstromsignal und dem digitalen zweiten Magnetfeldsignal,
    wobei das Bestimmen des Stroms auf dem leitenden Draht gemäß der charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht (403) charakterisiert, umfasst:
    Durchführen, durch das Digital-Analog-Wandlermodul, einer Digital-Analog-Wandlung an der charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, um eine analoge charakteristische Größe zu erfassen, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, und Bestimmen des Stroms auf dem leitenden Draht gemäß der analogen charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Berechnen, durch das digitale Verarbeitungsmodul, der charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, gemäß dem digitalen Rückkopplungsstromsignal und dem digitalen zweiten Magnetfeldsignal mindestens eines umfasst von:
    als Reaktion auf das digitale Rückkopplungsstromsignal, das sich innerhalb eines ersten voreingestellten Bereichs befindet, Korrigieren eines Exzentrizitätsfehlers in dem digitalen Rückkopplungsstromsignal basierend auf dem digitalen zweiten Magnetfeldsignal, um die charakteristische Größe zu erfassen, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert;
    als Reaktion darauf, dass sich das digitale Rückkopplungsstromsignal innerhalb eines zweiten voreingestellten Bereichs befindet, Korrigieren eines Übersprechfehlers in dem digitalen zweiten Magnetfeldsignal basierend auf dem digitalen Rückkopplungsstromsignal, um die charakteristische Größe zu erfassen, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert; oder
    in einem Anwendungsszenario einer transienten Antwort, Erfassen der charakteristischen Größe, die den Strom auf dem leitenden Draht charakterisiert, basierend auf einem arithmetischen Mittel des digitalen zweiten Magnetfeldsignals.
  11. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der magnetosensitive Eisenkern-Ringarray-Mehrring-Stromsensor ferner eine Stromversorgungseinheit umfasst, wobei das Verfahren ferner umfasst:
    Versorgen des ersten TMR-Erfassungschips und des zweiten TMR-Erfassungschips durch die Stromversorgungseinheit.
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